TWI691705B

TWI691705B - 蹼輪式流量計

Info

Publication number: TWI691705B
Application number: TW108104160A
Authority: TW
Inventors: 張元溪
Original assignee: 和旺昌噴霧股份有限公司
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-04-21
Also published as: TW202030459A

Abstract

一種蹼輪式流量計，包含：基座、蹼輪、軸心以及磁感測元件。基座可嵌入流體管路，具有二凸耳。蹼輪設置於二凸耳之間，具有複數蹼片、二輪盤、二軸承及至少一磁鐵，其中二輪盤位於蹼片之相對二側，二軸承分別設置於二輪盤，磁鐵設置於輪盤。軸心二端分別通過二軸承且固定於二凸耳。磁感測元件設置於基座，當流體管路內的流體帶動蹼輪旋轉時，磁感測元件感測磁鐵之磁場變化而產生電訊號。

Description

蹼輪式流量計

本發明有關流量計之結構，且特別是有關一種蹼輪式流量計。

與流體接觸的蹼輪式流量計(Paddlewheel Flowmeter)主要適用於測量不溶物含量較少的流體流量，蹼輪式流量計包含部分嵌入管路的殼體、設置於殼體嵌入管路部分的蹼輪組件、以及設置於殼體未嵌入管路部分的感測組件，其中蹼輪組件包含轉輪、連接轉輪的複數蹼片、設置於蹼片的磁鐵，感測組件包含感磁元件及訊號處理電路。當管路內的流體帶動蹼輪組件轉動，設置於蹼片的磁鐵的磁場產生變化，感磁元件因磁場變化而產生如第1圖所示現有蹼輪式流量計之脈衝訊號，訊號處理電路內建對應不同脈衝訊號頻率的流量資料，依據感磁元件的脈衝訊號的及內建的流量資料以內插法產生流體流量。

當流體的流速較低，導致蹼輪組件的磁場變化過小，感測組件可能無法產生流量數據或產生的流量數據誤差過大，由於感磁元件產生脈衝訊號，訊號處理電路無法判斷蹼輪組件發生脫落或磨損的異常情形。再者，組裝磁鐵及蹼片需考慮相對位置及磁場變化，不僅過程繁複且容易因個別蹼片的磁場差異產生測量誤差。因此，如何解決現有蹼輪式流量計的種種問題，即為發展本發明的主要目的。

為達上述目的，本發明提供一種蹼輪式流量計，包含：基座、蹼輪、軸心以及磁感測元件。基座可嵌入流體管路，具有二凸耳。蹼輪設置於二凸耳之間，具有複數蹼片、二輪盤、二軸承及至少一磁鐵，其中二輪盤位於蹼片之相對二側，二軸承分別設置於二輪盤，磁鐵設置於輪盤。軸心二端分別通過二軸承且固定於二凸耳。磁感測元件設置於基座，當流體管路內的流體帶動蹼輪旋轉時，磁感測元件感測磁鐵之磁場變化而產生電訊號。

於一實施例，各上述蹼片之二側分別連接上述二輪盤。

於一實施例，相鄰之二上述蹼片相隔大於0度小於180度。

於一實施例，上述軸心垂直於上述流體管路內之流體流向。

於一實施例，上述軸心平行於上述流體管路內之流體流向。

於一實施例，上述蹼輪進一步包含連接上述二輪盤之軸心管，各上述蹼片之一側連接軸心管之表面，上述軸心通過軸心管之內部。

於一實施例，各上述蹼片為曲面板。

於一實施例，上述磁鐵之數量為複數，複數上述磁鐵設置於上述二輪盤或其中之一。

於一實施例，上述磁感測元件設置於上述基座與上述磁鐵之表面介於0至90度夾角之區域。

於一實施例，上述電訊號為連續波形訊號。

於本發明之蹼輪式流量計，蹼輪具有複數蹼片及位於蹼片相對二側的輪盤，磁鐵設置於輪盤，易於製造及組裝，當管路內流體帶動蹼輪旋轉，設置於輪盤內的磁鐵的磁場可產生連續性變化，使設置基座的磁感測組件可產生連續波形的電訊號，進而使資料處理電路產生準確的流量數據，且可藉由電訊號判斷異常情形。

1‧‧‧蹼輪式流量計

10‧‧‧流體管路

11‧‧‧基座

12,22,32‧‧‧蹼輪

13‧‧‧軸心

14‧‧‧磁感測元件

15‧‧‧資料處理器

16‧‧‧導線

101‧‧‧螺紋管套

102‧‧‧平台

103‧‧‧插孔

111‧‧‧凸耳

112‧‧‧電路插槽

113‧‧‧蹼輪槽

121,221,321‧‧‧蹼片

122,222,322‧‧‧輪盤

123,223,323‧‧‧軸承

124,224,324‧‧‧磁鐵

325‧‧‧軸心管

第1圖為現有蹼輪式流量計之脈衝訊號圖；第2A圖為本發明之一實施例之蹼輪式流量計之軸向剖視圖，第2B圖為第2A圖所示蹼輪式流量計之徑向剖視圖；第3A圖為第2A圖所示蹼輪之立體圖，第3B圖為第3A圖所示蹼輪之局部剖視圖，第3C圖為本發明之另一實施例之蹼輪之立體圖，第3D圖為本發明之另一實施例之蹼輪之徑向側視圖，第3E圖為本發明之另一實施例之蹼輪之徑向側視圖；第4A圖為本發明之另一實施例之蹼輪立體圖，第4B圖為第4A圖所示蹼輪之徑向側視圖，第4C圖為第4A圖所示蹼輪之軸向側視圖，第4D圖為第4A圖所示蹼輪之軸向剖視圖；第5A圖為本發明之另一實施例之蹼輪之立體圖，第5B圖為第5A圖所示蹼輪之徑向側視圖，第5C圖為第5A圖所示蹼輪之軸向側視圖，第5D圖為第5A圖所示蹼輪之軸向剖視圖；第6A圖為本發明之一實施例之蹼輪與磁感測元件之相對位置示意圖，第6B圖為本發明之另一實施例之蹼輪與磁感測元件之相對位置示意圖；第7圖為本發明之一實施例之磁感測元件之電訊號圖；以及第8圖為本發明之另一實施例之蹼輪式流量計之模擬脈衝訊號圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習本發明所屬技術領域中之通常知識者在研讀本說明書後可據以實施本發明。

第2A圖為本發明之一實施例之蹼輪式流量計之軸向剖視圖，第2B圖為第2A圖所示蹼輪式流量計之徑向剖視圖。如第2A及2B圖所示，蹼輪式流量計1包含：基座11、蹼輪12、軸心13以及磁感測元件14。基座11可嵌入流體管路10，具有二凸耳111。蹼輪12設置於二凸耳111之間，具有複數蹼片121、二輪盤122、二軸承123及至少一磁鐵124，其中二輪盤122位於蹼片121的相對二側，二軸承123分別設置於二輪盤122，磁鐵124設置於輪盤122。軸心13的二端分別通過二軸承123且固定於二凸耳111。磁感測元件14設置於基座11，當流體管路內的流體帶動蹼輪12旋轉時，磁感測元件14感測磁鐵124之磁場變化而產生電訊號。

於本發明之蹼輪式流量計，基座11及軸心13可選用具有物理及化學安定性的材料，例如但不限於：不銹鋼、工程塑料等；蹼片121及輪盤122可選用化學安定性的材料，例如但不限於：工程塑料；軸承123可選用低摩擦、耐磨耗且不易變形的材料，例如但不限於：工程塑料、陶瓷等，磁鐵124可選用高磁導率的鐵磁或合金材料。於一實施例，蹼輪12的製造方法包含：射出工程塑料包覆軸承123形成具有環形槽的二圓盤及連接二圓盤的複數蹼片121；以黏著劑將磁鐵124黏著於圓盤的環形槽；射出工程塑料包覆裝設有磁鐵124的二圓盤形成蹼輪12。

於本實施例，流體管路10的二端具有可連接原有管路的螺紋管套101，流體管路10的中段形成平台102及插孔103；基座11的上側(背向流體管路10)形成有電路插槽112，基座11的下側(朝向流體管路10)形成有半球形的蹼輪槽113，二凸耳111位於蹼輪槽113的相對二側；蹼輪12通過軸心13可轉動地設置於蹼輪槽113；以軸心13垂直流體管路10的軸向(即流體的流向)，將凸耳111及蹼輪槽113嵌入插孔103，使電路插槽112的槽壁靠抵平台102，利用接著劑或螺絲(未圖式)將基座 11固定於流體管路10。為防止流體自插孔103洩漏，可在插孔103及蹼輪槽113之間加裝密封環或止水膠材(未圖式)。

本發明之蹼輪式流量計可將電訊號傳輸至外部電子裝置或內部功能電路，以計算流體管路的流體流速及流量。於本實施例，蹼輪式流量計1進一步包含資料處理器15，設置於基座11上且通過導線16電連接磁感測元件14，資料處理器15包含類比數位訊號轉換、記憶體、邏輯運算等功能電路(未圖示)，類比數位轉換電路可將磁感測元件14產生的類比訊號轉換成數位訊號，記憶體儲存有管徑尺寸資料、流速比對資料及流量計算程式，邏輯運算電路依據類比數位訊號轉換電路產生的數位訊號、流速比對資料及流量計算程式產生流體管路10的流體流量。

第3A圖為第2A圖所示蹼輪之立體圖，第3B圖為第3A圖所示蹼輪之局部剖視圖。如第3A及3B圖所示，於本實施例，蹼輪12包含二輪盤122、蹼片121、軸承123及磁鐵124，蹼片121的數量為四，各蹼片121的形狀為二側分別連接二輪盤122的半圓形平面板；軸承123設置於輪盤122中央區域；磁鐵124的形狀並無特別限制，例如弧形體、圓形體、矩形體等，二圓形磁鐵124分別包埋於二輪盤122內。設置於輪盤的磁鐵數量亦無特別限制，如第3C圖所示另一實施例之蹼輪之立體側視圖，蹼輪12包含二輪盤122、四蹼片121、軸承123及四磁鐵124，軸承123設置於輪盤122的中央區域，輪盤122於四蹼片121之間分別形成四個弧形磁鐵槽，四磁鐵124環狀排列分別設置於輪盤122的弧形磁鐵槽內。

於本發明之蹼輪式流量計，蹼輪的蹼片形狀、數量及尺寸可依流體的性質而調整，蹼片的形狀例如是平面板、曲面板；蹼片數量例如但不限於是三、五、六、八、九或更多，使蹼輪上相鄰的二蹼片相隔大於0度小於180度；單一蹼片的最大阻流面例如但不限於是半圓形或扇形；藉由選用不同形狀、數量及尺寸的蹼片，可確保蹼輪對不同流體的流速的靈敏度。

第3D及3E圖為本發明之具有平面板蹼片之蹼輪之徑向側視圖。如第3D及3E圖所示，蹼輪12包含二輪盤122、連接輪盤122的蹼片121、設置於輪盤122中央區域的軸承123及磁鐵(未圖式)，蹼片121的數量分別為三及八，各蹼片121的形狀為平面板，提高蹼片121數量可讓蹼輪12的轉速更均勻。

第4A圖為本發明之另一實施例之蹼輪立體圖，第4B圖為第4A圖所示蹼輪之徑向側視圖，第4C圖為第4A圖所示蹼輪之軸向側視圖，第4D圖為第4A圖所示蹼輪之軸向剖視圖。如第4A、4B、4C及4D圖所示，於本實施例，蹼輪22包含二輪盤222、蹼片221、軸承223及磁鐵224，蹼片221的數量為四，各蹼片221的形狀為二側分別連接二輪盤222的半圓形曲面板；軸承223設置於輪盤222中央區域；磁鐵224分別包埋於二輪盤222。半圓形曲面板的蹼片221可提高蹼輪22反應流體流速的靈敏度。

第5A圖為本發明另一實施例之蹼輪之立體圖，第5B圖為第5A圖所示蹼輪之徑向側視圖，第5C圖為第5A圖所示蹼輪之軸向側視圖，第5D圖為第5A圖所示蹼輪之軸向剖視圖。如第5A、5B、5C及5D圖所示，蹼輪32包含四蹼片321、二輪盤322、二軸承323、磁鐵324及軸心管325，軸心管325連接二輪盤322；各蹼片321的形狀為一側連接軸心管325表面的扇形曲面板；軸承323設置於輪盤322的中央區域；磁鐵324包埋於輪盤322內。軸心(未圖示)通過軸心管325內部，其二側固定於二凸耳，以軸心平行流體管路的軸向，二輪盤322沿流體流向，將蹼輪32嵌入流體管路。扇形曲面板的蹼片321較不易被流體中的條狀物纏繞或附著，可減少異常情況，增加蹼輪的使用壽命。

第6A圖為本發明之一實施例之蹼輪與磁感測元件之相對位置示意圖。如第6A圖所示，於本實施例，磁感測元件14例如但不限於是磁阻(Magneto Resistive,MR)、霍爾(Hall)、通量閘(Fluxgate)、差動電磁線圈等類比式電磁元件，磁感測元件14與磁鐵124隔一距離且設置於基座11與磁鐵124表面平行的區域。如第6B圖所示另一實施例之蹼輪與磁感測元件之相對位置示意圖，磁感測元件14設置於基座11與磁鐵124表面垂直的區域，或於其他實施例，磁感測元件14設置於基座11與磁鐵124表面介於0至90度夾角的區域(未圖示)。值得說明的是，可設置一個以上的磁感測元件14感測同一磁鐵124的磁場，如第2B圖所示，與磁鐵124表面平行及垂直的基座11上分別設置二磁感測元件14。

蹼輪中磁鐵的磁場隨著輪盤的轉動而產生連續變化，磁感測元件感測磁場變化所產生的電訊號S(電阻(Ω)或電壓(V)或電流(A)對時間(t)的類比訊號)代表蹼輪的轉動角度(θ)。將電訊號傳輸至儲存有對應本發明之蹼輪式流量計之電腦程式之外部電子裝置或內部資料處理器，電腦程式微分電訊號獲得代表蹼輪角速度(ω)及轉速(r.p.m)的數據，根據不同轉速範圍的比對資料(例如：4000r.p.m.以下的比對曲線及4000r.p.m.以上的比對曲線)及流體管路的內徑截面積，即可獲得流體流量。

第7圖為本發明之一實施例之磁感測元件之電訊號圖。如第7圖所示，於本實施例，設置於輪盤內的磁鐵的磁場隨著蹼輪的轉動產生磁變化，磁感測元件感測磁場變化產生連續波形的電訊號S(電阻、電壓或電流的類比訊號)，外部電子裝置或內部資料處理器根據磁感測元件的電訊號S可計算蹼輪的角度轉動周期及角速度，進而產生流體流量。當磁感測元件的電訊號S消失，表示蹼輪脫落或外部磁場干擾的異常，當磁感測元件的電訊號S超出正常值範圍時，表示蹼輪的軸心損耗或磁鐵位移的異常，外部電子裝置或內部資料處理器對應不同的異常情況產生異常訊號且儲存發生異常的時間及情形，以通知使用者檢查蹼輪式流量計。

現有蹼輪式流量計的感測組件僅能傳輸及處理脈衝式訊號至外部監測裝置，本發明之蹼輪式流量計可將連續波形電訊號模擬成脈衝訊號，以供現有蹼輪式流量計的外部監測裝置處理及運用。

第8圖為本發明之另一實施例之蹼輪式流量計之模擬脈衝訊號圖。如第8圖所示，於本實施例，磁感測元件產生介於2.4至3.6伏特(V)的連續波形電壓訊號，內部資料處理器預設高閾值3.1V及低閾值2.9V，將連續波形電壓訊號大於3.1V的部分轉換成第6圖所示3.3V之模擬脈衝訊號，將小於2.9V的部分轉換成第6圖所示2.7V之模擬脈衝訊號，內部資料處理器依序傳輸3.3V及2.7V的模擬脈衝訊號至現有以脈衝訊號計算流量的蹼輪式流量計的監測裝置，不需大幅修改計算程式即可整合本發明之蹼輪式流量計與現有流量監測裝置。

於本發明之蹼輪式流量計，蹼輪具有位於複數蹼片相對二側的輪盤，至少一輪盤設有磁鐵，易於製造及組裝，當管路內流體帶動蹼輪旋轉，設置於輪盤內的磁鐵的磁場可產生連續性變化，使設置於基座的磁感測元件可產生連續波形的電訊號，進而產生準確的流量數據，且可藉由電訊號判斷異常情形。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項專業之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有此項專業知識者，在未脫離本發明所揭示之精神與技術原理下所完成之一切等效修飾或改變，仍應由本發明之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧蹼輪式流量計

10‧‧‧流體管路

11‧‧‧基座

12‧‧‧蹼輪

13‧‧‧軸心

14‧‧‧磁感測元件

15‧‧‧資料處理器

16‧‧‧導線

102‧‧‧平台

103‧‧‧插孔

111‧‧‧凸耳

112‧‧‧電路插槽

113‧‧‧蹼輪槽

121‧‧‧蹼片

122‧‧‧輪盤

123‧‧‧軸承

124‧‧‧磁鐵

Claims

一種蹼輪式流量計，包含：基座，可嵌入流體管路，具有二凸耳；蹼輪，設置於該二凸耳之間，具有複數蹼片、二輪盤、二軸承及至少一磁鐵，其中該二輪盤位於該等蹼片之相對二側，該二軸承分別設置於該二輪盤，該磁鐵設置於該輪盤；軸心，二端分別通過該二軸承且固定於該二凸耳；以及磁感測元件，設置於該基座；當該流體管路內的流體帶動該蹼輪旋轉時，該磁感測元件感測該磁鐵之磁場變化而產生電訊號，其中該電訊號為連續波形訊號。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中各該蹼片之二側分別連接該二輪盤。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中相鄰之該二蹼片相隔大於0度小於180度。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中該軸心垂直於該流體管路內之流體流向。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中該軸心平行於該流體管路內之流體流向。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中該蹼輪復包含連接該二輪盤之軸心管，各該蹼片之一側連接該軸心管之表面，該軸心通過該軸心管之內部。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中各該蹼片為曲面板。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中該磁鐵之數量為複數，該等磁鐵分別設置於該二輪盤或其中之一。
如申請專利範圍第1項所述蹼輪式流量計，其中磁感測元件設置於該基座與該磁鐵之表面介於0至90度夾角之區域。